(57)【要約】  本発明は、１つのパワー半導体デバイス（２）および１つのセラミックコンデンサ（３）を備える１つのモジュール（１）に関し、このセラミックコンデンサは、このパワー半導体デバイスを冷却するように構成されている。 【選択図】  図１
2019519907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール（１）であって、
１つのパワー半導体デバイス（２）と、
前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサ（３）と、
を備え、
前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とは、成分として少なくとも銀を含む１つの層（７）によって互いに結合されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項２】
前記セラミックコンデンサ（３）は、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩のセラミックを含むことを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は少なくとも９９重量％まで銀から成っていることを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は焼結処理で製造されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項５】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つの担体を形成し、当該担体上に前記パワー半導体デバイス（２）が固定されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項６】
前記セラミックコンデンサ（３）は、５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度の電界において、２０００より大きい比誘電率を備え、そして少なくとも１５０°Cの温度に適合する、１つのセラミック材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記セラミックコンデンサ（３）は、以下の一般式
Ｐｂ（１−１．５ａ＋ｅ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｃＣｅＳｉｃＯ３  ＋  ｙ・ＰｂＯ
に示す材料を含み、
Ａは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＹｂから成るグループから選択され、
Ｃは、Ｎｉ，およびＣｕから成るグループから選択されており、
０＜ａ＜０．１２，
０．０５≦ｘ≦０．３，
０≦ｃ＜０．１２，
０．００１＜ｅ＜０．１２，
０≦ｙ＜１である、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項８】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つのセラミック多層デバイスであり、そして複数の内部電極（５）を備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項９】
複数の前記内部電極は、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備えることを特徴とする、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
複数の前記内部電極は銅を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載のモジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記モジュール（１）は、少なくとももう１つのパワー半導体デバイスを備え、
前記セラミックコンデンサ（３）は、前記少なくとももう１つのパワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記モジュール（１）は、少なくとももう１つのコンデンサを備え、
前記もう１つのコンデンサは、前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
さらに前記モジュール（１）は、１つの制御ユニット（９）を備え、
前記制御ユニットは、前記パワー半導体デバイス（２）の動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１４】
請求項１３に記載のモジュールにおいて、
前記パワー半導体デバイス（２）は、上面（６）を備え、当該上面上に前記セラミックコンデンサ（３）が配設されており、
前記パワー半導体デバイス（２）は、前記上面（６）の反対側に下面（８）を備え、当該下面上に前記制御ユニット（９）が配設されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１５】
前記パワー半導体デバイス（２）は、１つのスイッチを備えることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記セラミックコンデンサ（３）は、当該セラミックコンデンサ（３）が中間回路コンデンサまたはダンピングコンデンサとして作用するように、前記パワー半導体デバイス（２）と回路接続されている、ことを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１７】
モジュール（１）であって、
１つのパワー半導体デバイス（２）と、
前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサ（３）と、
を備え、
前記セラミックコンデンサ（３）は、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩のセラミックを含む、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１８】
前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とは、成分として少なくとも銀を含む１つの層（７）によって互いに結合されていることを特徴とする、請求項１７に記載のモジュール。
【請求項１９】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は少なくとも９９重量％まで銀から成っていることを特徴とする、請求項１８に記載のモジュール。
【請求項２０】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つの担体を形成し、当該担体上に前記パワー半導体デバイス（２）が固定されていることを特徴とする、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記セラミックコンデンサ（３）は、以下の一般式
Ｐｂ（１−１．５ａ＋ｅ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｃＣｅＳｉｃＯ３  ＋  ｙ・ＰｂＯ
に示す材料を含み、
Ａは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＹｂから成るグループから選択され、
Ｃは、Ｎｉ，およびＣｕから成るグループから選択されており、
０＜ａ＜０．１２，
０．０５≦ｘ≦０．３，
０≦ｃ＜０．１２，
０．００１＜ｅ＜０．１２，
０≦ｙ＜１である、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項２２】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つのセラミック多層デバイスであり、そして複数の内部電極（５）を備えることを特徴とする、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備える複数の内部電極（５）を備えることを特徴とする、請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２４】
前記セラミックコンデンサ（３）は、銅を含む複数の内部電極（５）を備えることを特徴とする、請求項１８乃至２３のいずれか１項に記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体デバイスを備えるモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は具体的には、パワー半導体デバイスの冷却の問題に関する。パワー半導体を備えるモジュールにおける高い集積度および高いパッケージ密度を達成するためには、このモジュールの素子（複数）の効率的な温度管理が必要である。
【０００３】
従来技術においては、ヒートシンクと結合することができるパワー半導体デバイスが知られている。このパワー半導体デバイスから空間的に離れて、しばしば１つの中間回路あるいはスナバ回路のパワーコンデンサが配置されており、このパワーコンデンサは、このパワー半導体デバイスの動作における電圧安定化のために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の課題は、１つの改善されたモジュールを提示することであり、このモジュールは、たとえば高い集積度および／または高いパッケージ密度を備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は本願請求項１に記載のモジュールによって解決される。
【０００６】
１つのパワー半導体デバイスおよび１つのセラミックコンデンサを備える１つのモジュールが提案され、このセラミックコンデンサは、このパワー半導体デバイスを冷却するように構成されている。
【０００７】
このパワー半導体デバイスの冷却のためのセラミックコンデンサが用いられることによって、追加のヒートシンクを省くことができる。このようにして１つのコンパクトなモジュールの構造を実現することができる。さらにこのようにしてこのセラミックコンデンサとこのパワー半導体デバイスとの間の空間的な分離を省くことができる。これによりこのセラミックコンデンサとこのパワー半導体デバイスとの間の配線路（複数）を短縮することができる。これは、このパワー半導体デバイスとこのコンデンサとの間の配線路によって生じる寄生インダクタンスを大幅に小さくすることができるので、このモジュールの電気的動作にとっては有利である。たとえば、１つのスイッチとなる、すなわち１つのスイッチを構成するパワー半導体デバイスに対して、この寄生インダクタンスを低減することは、このパワー半導体デバイスのスイッチングの際の過電圧を低減するために重要である。
【０００８】
ここではモジュールとは、少なくとも上記のパワー半導体デバイスおよび上記のセラミックコンデンサを備える１つのデバイス構成体を意味し、ここでこのデバイス構成体は、１つのスイッチ構成体における１つのユニットとして組込まれることができる。たとえばこのデバイス構成体は、ユニットとして１つの回路基板上に固定することができる。このモジュールの素子（複数）、すなわち少なくとも上記のパワー半導体デバイスおよび上記のセラミックコンデンサは、１つの共通なハウジング内に配設されていてよい。
【０００９】
このパワー半導体デバイスは、１つの任意の半導体デバイスであってよい。具体的にはこのパワー半導体デバイスは、パワーエレクトロニクスにおいてその制御およびスイッチングのために大きな電流および電圧が印加される１つのデバイスであってよい。ここでこのデバイスは、たとえば１つのパワーダイオード、サイリスタ、トライアック、またはトランジスタであってよい。
【００１０】
上記のパワー半導体デバイスは、その中に半導体素子（複数）が埋設されている１つの基板を備えてよい。この基板は、たとえばＦＲ−４クラスの材料を含んでよい。この基板は、大きな導電率および熱伝導率を備え、そして大きな熱機械的応力条件をさらに満たすようにすることができる。
【００１１】
上記のセラミックコンデンサは、１つの多層デバイスであってよく、この多層デバイスでは、積層方向においてセラミック材料と内部電極とが交互に上下に重なって積層されている。さらにこのセラミックコンデンサは、２つの外部電極を備えてよく、ここで上記の内部電極の各々は、これらの外部電極の１つと接続されていてよい。
【００１２】
上記のセラミックコンデンサと上記のパワー半導体デバイスとは、成分として少なくとも銀を含む１つの層によって互いに結合されている。この層は、良好な熱伝導率を備え、そしてこれによりこのパワー半導体デバイスからの熱を逃がすようになっている。これによりこの層はその大きな熱伝導率のおかげで上記のコンデンサの冷却機能を支援することができる。
【００１３】
上記の層は、主成分として銀を含んでよい。代替としてこの層は銀を含む１つの合金であってよく、この合金では銀は主成分でなくともよい。
【００１４】
上記のセラミックコンデンサは、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩（ＰＬＺＴ）のセラミックを含んでよい。またこのセラミックは、大きな熱伝導率を備え、これにより上記のコンデンサの冷却機能に寄与することができる。さらに加えてこのＰＬＺＴセラミックは銅から成る内部電極（複数）と組み合わせ可能である。ここで銅は大きな熱伝導率を備えているので、このコンデンサのこれらの内部電極用の材料としてとりわけ良好である。
【００１５】
上記の層を介して上記のセラミックコンデンサと上記のパワー半導体デバイスとが互いに結合されており、この層は少なくとも９９重量％まで銀から成っている。この層を介して上記のセラミックコンデンサと上記のパワー半導体デバイスとが互いに結合されており、この層は焼結処理で製造されていてよい。
【００１６】
上記のセラミックコンデンサは、１つの担体を形成することができ、この担体上に上記のパワー半導体デバイスが固定されている。このセラミックコンデンサは、このパワー半導体デバイスの基板として用いることができる。
【００１７】
これにより上記のモジュールのフリップチップ実装の際に、上記のセラミックコンデンサを直接回路基板上に固定することができ、この実装はたとえば１つの回路構成体を形成する。このモジュールは、表面実装でも、いわゆるＳＭＤ素子（ＳＭＤ＝Surface Mounted Device）として、この回路基板上に固定することができ、この際上記のセラミックコンデンサは、この回路基板上に直接固定することができる。代替として、このモジュールは、表面実装で、上記のコンデンサに向いていない側の回路基板の面に固定することもできる。
【００１８】
上記のモジュールには、特に全く電気的機能を担わない、単にこのモジュールの素子（複数）を固定するための担体または基板は無くともよい。むしろこのモジュールの素子（複数）の固定は、上記のコンデンサを担体として使用することによって確実に行うことができ、こうして別の担体は省略することができ、そしてこのモジュールのコンパクトで省スペースな構成が可能となる。
【００１９】
上記のセラミックコンデンサと上記のパワー半導体デバイスとは、焼結処理で製造された、銀を含む１つの層を介して互いに結合されていてよい。この層は、９９重量％まで銀から成っていてよい。上記のセラミックコンデンサは、この層によって、上記のパワー半導体デバイスと機械的にも結合することができ、また電気的にもこの層を用いて接続することができる。
【００２０】
上記の銀を含む層は、大きな熱伝導率を備え得、そしてこれにより上記のパワー半導体デバイスによって発生された熱を効率良く上記のセラミックコンデンサを介して逃がすことに寄与することができる。さらにこの銀を含む層は、上記のコンデンサおよび上記のパワー半導体デバイスの熱膨張係数からそれほど大きく違わない熱膨張係数を備えることができる。以上により、温度変化の際に、この温度変化に伴う上記のモジュール内の上記の銀を含む層，上記のセラミックコンデンサ，および上記のパワー半導体デバイスの伸長の際に、重大な機械的応力が全く発生しないことを確実にすることができる。
【００２１】
たとえば上記のコンデンサ，上記のパワー半導体デバイス，および上記の銀を含む層の熱膨張係数は、互いに１０−５Ｋ−１より大きく違わないように、好ましくは１０−６Ｋ−１より大きく違わないようにすることができる。
【００２２】
上記のセラミックコンデンサおよび上記のパワー半導体デバイスは、焼結銀処理によって互いに結合することができる。この際このセラミックコンデンサとこのパワー半導体デバイスとの間には、ペーストが塗布され、そしてこの構成体に焼結処理が行われる。この焼結処理では、このペーストは上記の銀を含む層に転換され、この層は上記のセラミックコンデンサを上記のパワー半導体デバイスに機械的に固定する。
【００２３】
上記のセラミックコンデンサは、５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度の電界において、２０００より大きい比誘電率を備え、そして少なくとも１５０℃の温度に適合する、１つのセラミック材料を含み得る。５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度は、上記のセラミックコンデンサの動作電界強度に対応している。これによりこのセラミックコンデンサのセラミック材料は、このコンデンサの動作時に２０００より大きな比誘電率を備えることができる。上記の電界強度は、具体的には８ｋＶ／ｍｍとなっていてよい。
【００２４】
ここでは、上記の温度で材料の堅牢性が所定の限界値を下回らない限り、この材料は「温度に適合している」と記載される。この材料の堅牢性に対する限界値を下回ると、デバイス故障のリスクが大幅に増大する。これに対応して、上記のコンデンサのセラミック材料は、このコンデンサが１５０℃までの温度で充分な材料堅牢性を示し、これにより１５０℃までの温度での上記のモジュールの故障確率がそれほど大きく上昇しないように選択することができる。このセラミック材料の特性は、大きな電流値のために上記のパワー半導体デバイスから多量の熱が発生される場合に、上記のセラミックコンデンサが、このパワー半導体デバイスを冷却するのにも適合するように用いることができる。こうして熱によるこのコンデンサの損傷は避けることができる。
【００２５】
上記のセラミック材料は、具体的には、たとえば以下の一般式を満足する、ランタンドーピングされたチタン酸ジルコン酸鉛であってよい。
Ｐｂ（１−１．５ａ＋ｅ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｃＣｅＳｉｃＯ３  ＋  ｙ・ＰｂＯ
ここでＡは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，およびＹｂから成るグループから選択されていてよく、Ｃは、ＮｉおよびＣｕからなるグループから選択されていてよい。そして、
０＜ａ＜０．１２，
０．０５≦ｘ≦０．３，
０≦ｃ＜０．１２，
０．００１＜ｅ＜０．１２，
０≦ｙ＜１、
が満足されていてよい。
【００２６】
この材料は、１５０℃までの温度に適合し、２０００より大きな高比誘電率で、その堅牢性が大幅な低下を示さないことを特徴としている。ここでこの材料は、これが５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度の電界に曝されている場合に、この大きな比誘電率を有することができる。したがってこの材料は、上記のパワー半導体デバイスの冷却にとりわけ良好に適している。さらに加えてこの材料によって、その大きな比誘電率のおかげで、上記のセラミックコンデンサの大きな静電容量を形成することができる。大きな静電容量は、上記のパワー半導体デバイスのスイッチング特性に有益な影響を与えることができる。
【００２７】
上記のセラミックコンデンサは、１つのセラミック多層デバイスであってよく、そして内部電極（複数）を備えてよい。
【００２８】
これらの内部電極は、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備えることができる。以上により、上記のパワー半導体デバイスによって放射される熱がこれらの内部電極を介して速やかに、そして効率よく消散され得ることを確実にすることができる。
【００２９】
上記の内部電極（複数）の材料としては、具体的には銅が選択されてよい。これに対応してこれらの内部電極は、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。
【００３０】
本発明によるモジュールは、少なくとももう１つのパワー半導体デバイスを備えてよく、ここで上記のセラミックコンデンサは、この少なくとももう１つのパワー半導体デバイスを冷却するように構成されている。以上によりこのセラミックコンデンサは、複数のパワー半導体デバイスを冷却することができる。さらにこのセラミックコンデンサは、複数のパワー半導体デバイス用の担体として用いることができる。
【００３１】
本発明によるモジュールは、少なくとももう１つのコンデンサを備えてよく、ここでこのもう１つのコンデンサは、上記のパワー半導体デバイスを冷却するように構成されている。以上によりこのパワー半導体デバイスは、複数のコンデンサによって冷却することができる。複数のコンデンサは、互いに組み合わされて１つの担体を形成することができ、この担体上に上記のパワー半導体デバイスが配設される。
【００３２】
さらに本発明によるモジュールは、１つの制御ユニットを備えてよく、この制御ユニットは、上記のパワー半導体デバイスの動作を制御するように構成されている。このパワー半導体デバイスは、上面を備えてよく、この上面上に上記のセラミックコンデンサが配設されており、そしてこの上面の反対側に下面を備えてよく、この下面上に上記の制御ユニットが配設されている。上記のセラミックコンデンサおよび制御ユニットが、このパワー半導体デバイスに関して反対側にある、サンドイッチ状の構成は、このモジュールのとりわけコンパクトな構造を可能とする。これは特に短い配線路、およびこれに伴う小さな寄生インダクタンスを特徴とする。
【００３３】
上記のパワー半導体デバイスは、１つのスイッチを備えてよい。たとえばこのパワー半導体デバイスは、１つの半導体スイッチまたは１つの半導体ダイオードを形成する、金属がコーティングされた１つのセラミック層を備えてよい。
【００３４】
上記のセラミックコンデンサは、このセラミックコンデンサが中間回路コンデンサまたはダンピングコンデンサとして作用するように、このパワー半導体デバイスと回路接続されていてよい。
【００３５】
もう１つの態様によれば、本発明は１つのモジュールに関し、このモジュールは１つのパワー半導体デバイスと、このパワー半導体デバイスを冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサとを備え、ここでこのセラミックコンデンサは、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩のセラミックを備える。このセラミックは、大きな熱伝導率を特徴とする。
【００３６】
上記のセラミックコンデンサと上記のパワー半導体デバイスとは、成分として少なくとも銀を含む層によって互いに結合されていてよい。この層は、少なくとも９９重量％まで銀から成っていてよい。
【００３７】
上記のセラミックコンデンサは、１つの担体を形成することができ、この担体上に上記のパワー半導体デバイスが固定されている。
【００３８】
上記のセラミックコンデンサは、以下の一般式に示す材料を含んでよい。
Ｐｂ（１−１．５ａ＋ｅ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｃＣｅＳｉｃＯ３  ＋  ｙ・ＰｂＯ
ここでＡは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，およびＹｂから成るグループから選択されており、Ｃは、ＮｉおよびＣｕからなるグループから選択されている。そして、０＜ａ＜０．１２，０．０５≦ｘ≦０．３，０≦ｃ＜０．１２，０．００１＜ｅ＜０．１２，０≦ｙ＜１である。
【００３９】
上記のセラミックコンデンサは、１つのセラミック多層デバイスであってよく、そして内部電極（複数）を備えてよい。
【００４０】
上記のセラミックコンデンサは、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備える内部電極（複数）を備えることができる。これらの内部電極は、銅を含んでよい。
【００４１】
以下では有利な態様（複数）の使用について説明する。これらの態様の互いの参照関係を簡単にするために、これらの態様には連番が付されている。これらの態様の特徴は、それ自身でも、また他の態様との組み合わせでも重要であり得る。
【００４２】
（第１の態様） 
モジュールであって、
１つのパワー半導体デバイスと、
当該パワー半導体デバイスを冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサと、
を備えるモジュール。
【００４３】
（第２の態様）
第１の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサは、１つの担体を形成し、当該担体上に上記のパワー半導体デバイスが固定されている。
【００４４】
（第３の態様）
上記第１または第２の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサおよび上記のパワー半導体デバイスは、焼結処理で製造された、銀を含む１つの層を介して互いに結合されている。
【００４５】
（第４の態様）
上記第１〜第３の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサは、５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度の電界において、２０００より大きい比誘電率を備え、そして少なくとも１５０°Cの温度に適合する、１つのセラミック材料を含む。
【００４６】
（第５の態様）
上記第１〜第４の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサは、以下の一般式
Ｐｂ（１−１．５ａ＋ｅ）ＡａＢｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｃＣｅＳｉｃＯ３  ＋  ｙ・ＰｂＯ
に示す材料を含み、
Ａは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＹｂから成るグループから選択され、
Ｃは、Ｎｉ，およびＣｕから成るグループから選択されており、
０＜ａ＜０．１２，
０．０５≦ｘ≦０．３，
０≦ｃ＜０．１２，
０．００１＜ｅ＜０．１２，
０≦ｙ＜１である。
【００４７】
（第６の態様）
上記第１〜第５の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサは、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備える内部電極（複数）を備える。
【００４８】
（第7の態様）
上記第１〜第５の態様に記載のモジュールにおいて、
上記セラミックコンデンサは、銅を含む内部電極（複数）を備える。
【００４９】
（第８の態様）
上記第１〜第５の態様に記載のモジュールにおいて、
さらに上記のモジュールは、１つの制御ユニットを備え、この制御ユニットは、上記のパワー半導体デバイスの動作を制御するように構成されている。
【００５０】
（第９の態様）
第１の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のパワー半導体デバイスは、上面を備え、当該上面上に上記のセラミックコンデンサが配設されており、そして
上記の上面の反対側に下面を備え、当該下面上に上記の制御ユニットが配設されている。
【００５１】
（第１０の態様）
上記第１〜第９の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のパワー半導体デバイスは１つのスイッチを備える。
【００５２】
（第１１の態様）
上記第１〜第１０の態様に記載のモジュールにおいて、
上記のセラミックコンデンサは、当該セラミックコンデンサが中間回路コンデンサまたはダンピングコンデンサとして作用するように、このパワー半導体デバイスと回路接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
以下では、図を参照して、本発明を詳細に説明する。
【図１】１つの第１の実施形態例による、１つのモジュールを示す。
【図２】１つの第２の実施形態例による、１つのモジュールを示す。
【００５４】
図１は、１つのモジュール１の１つの第１の実施形態例を示す。このモジュール１は、１つのパワー半導体デバイス２を備える。このパワー半導体デバイス２は、たとえば１つのスイッチング機能を担う１つの回路となるように構成されていてよい。これに対応して、このパワー半導体デバイス２は、１つのスイッチを備える。このパワー半導体デバイス２は、半導体素子（複数）が組込まれている１つの基板を備えてよい。
【００５５】
さらにこのモジュール１は、１つのセラミックコンデンサ３を備える。このセラミックコンデンサは、二重の機能を担っている。このセラミックコンデンサ３は、１つの静電容量となっており、この静電容量は、パワー半導体デバイス２によって形成されている回路に結合されている。ここでこのセラミックコンデンサ３は、たとえば１つの中間回路コンデンサまたは１つのスナバ回路コンデンサであってよい。スナバ回路コンデンサは、ダンピング作用を行う静電容量であり、この静電容量は電圧安定化に用いられ、そして電圧ピークを防止することになる。
【００５６】
さらに加えて、このセラミックコンデンサは、１つのヒートシンクの機能を担っている。具体的にはこのセラミックコンデンサ３は、上記のパワー半導体デバイス３をその動作時に冷却する。このセラミックコンデンサ３の材料は、このセラミックコンデンサ３が、このパワー半導体デバイス２によって生成された熱をこのパワー半導体デバイスから逃がすように、そしてまたこの熱によって損傷されないようにすることに適合するよう選択されている。
【００５７】
このセラミックコンデンサ３は、セラミック材料４および内部電極（複数）５を備える。このセラミック材料４は、ランタンドーピングされたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）であってよい。この材料４は、大きな比誘電率を備え、これによってこのコンデンサ３の大きな静電容量が可能とされ、そして耐熱性であり、こうして上記のパワー半導体デバイスによって放射される熱によって損傷されることがない。
【００５８】
内部電極（複数）５およびセラミック材料４は、セラミックコンデンサ３において、交互に上下に重なって積層されている。この積層方向は、パワー半導体デバイス２の上面６に対して平行となっている。これに対応して、内部電極（複数）５は、この上面６上に直立している。
【００５９】
これらの内部電極５は、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。銅がこれらの内部電極５の材料として選択されると、これにより大きな熱伝導率を有する内部電極５がもたらされる。これらの内部電極５の大きな熱伝導率のために、これらの内部電極は、パワー半導体デバイス５から放射される熱を速やかにそして効率よく逃がすのに適している。
【００６０】
ここでこの熱は、このパワー半導体デバイス２の上面６からセラミックコンデンサ３に引き渡すことができる。次にこの熱は、内部電極（複数）５を介して、このパワー半導体デバイス２に向いていない側の、このセラミックコンデンサ３の上面に導かれる。このセラミックコンデンサ３のこの上面から、ここでこの熱はこのモジュールの環境に放射される。このようにしてパワー半導体デバイス２からの熱が引き出され。こうしてこのパワー半導体デバイス２の過熱が防止される。
【００６１】
さらに、コンデンサ３は、２つの外部電極を備える。これらの外部電極は、図を簡単にするため、図１には示されていない。これらの外部電極も同様に、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。したがってこれらの外部電極は、上記のパワー半導体デバイス２によって生成された熱を効率良く伝達することができる。
【００６２】
１つの代替の、図示しない実施形態例においては、内部電極（複数）５は、パワー半導体デバイス２の上面６に対して平行に配設されている。この場合セラミックコンデンサ３は、１つの結合装置、たとえば銅から成る１つのフレームを備えてよい。内部電極（複数）５は、この結合装置を介してパワー半導体デバイス２に接続することができる。この場合このパワー半導体デバイス２から放射される熱は、この結合装置によって吸収され、そして内部電極（複数）５に伝達される。この結合装置はまた、このパワー半導体デバイス２からの熱を引き出すことができ、そして最終的にこの熱を環境に放射することができるようにすることができる。
【００６３】
セラミックコンデンサ３は、パワー半導体デバイス２上に、銀を含む１つの層７によって固定されており、そしてこの層７を介してパワー半導体デバイス２と電気的にも接続されている。この銀を含む層７は、焼結処理で製造される。この層７は、とりわけ大きな熱伝導率を特徴とする。
【００６４】
このパワー半導体デバイス２の、上面６の反対側にある下面８上には、１つの制御ユニット９が配設されている。この制御ユニット９は、このパワー半導体デバイス２に回路接続されている。この制御ユニット９は、具体的にはこのパワー半導体デバイス２の動作を制御するように構成されている。
【００６５】
図１に示す互いに直接隣接したセラミックコンデンサ３，パワー半導体デバイス２，および制御ユニット９の構成により、モジュール１が非常にコンパクトな構造を備えること、そしてこのコンデンサ３とこのパワー半導体デバイス２との間、およびこの制御ユニット９とこのパワー半導体デバイス２との間の特に短い導電路を可能とすることを確実にすることができる。これらの短い導電路のおかげで、このモジュールにおける寄生インダクタンスを極小とすることができる。
【００６６】
図１に示す実施形態例では、１つの単一のパワー半導体デバイス２上に複数のコンデンサ３が配設されており、ここでこれらのコンデンサ３の各々は、１つのシートシンクの機能を担っており、そしてこれによりこのパワー半導体デバイス２を冷却するように構成されている。
【００６７】
図２は、本発明によるモジュール１の１つの第２の実施形態例を示す。この第２の実施形態例は、１つの単一のセラミックコンデンサ３を備え、このセラミックコンデンサは１つ以上のパワー半導体デバイス２を冷却するのに適している。このセラミックコンデンサ３上には、複数のパワー半導体デバイス２が配設されている。ここでこれらの半導体デバイスはここでも銀を含む１つの層７によってこのコンデンサ３と結合されている。このセラミックコンデンサ３は、ここではこのパワー半導体デバイス２用の基板または担体として用いられている。
【００６８】
このモジュール１は、１つの回路基板上に表面実装で固定するのに適している。この際このセラミックコンデンサ３は、そのパワー半導体デバイス２に向いていない側で、この回路基板上に固定される。代替として、制御ユニット９が、そのパワー半導体デバイス２に向いていない側で、この回路基板上に固定されてよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  ：  モジュール
２  ：  パワー半導体デバイス
３  ：  コンデンサ
４  ：  セラミック材料
５  ：  内部電極
６  ：  上面
７  ：  銀を含む層
８  ：  下面
９  ：  制御ユニット
【図１】
2019519907.tif 000003
【図２】
2019519907.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール（１）であって、
１つのパワー半導体デバイス（２）と、
前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサ（３）と、
を備え、
前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とは、成分として少なくとも銀を含む１つの層（７）によって互いに結合されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項２】
前記セラミックコンデンサ（３）は、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩のセラミックを含むことを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は少なくとも９９重量％まで銀から成っていることを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は焼結処理で製造されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項５】
モジュール（１）であって、
１つのパワー半導体デバイス（２）と、
前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている１つのセラミックコンデンサ（３）と、
を備え、
前記セラミックコンデンサ（３）は、鉛−ランタン−ジルコン−チタン酸塩のセラミックを含む、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項６】
前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とは、成分として少なくとも銀を含む１つの層（７）によって互いに結合されていることを特徴とする、請求項５に記載のモジュール。
【請求項７】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は少なくとも９９重量％まで銀から成っていることを特徴とする、請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記層（７）を介して前記セラミックコンデンサ（３）と前記パワー半導体デバイス（２）とが互いに結合されており、当該層は焼結処理で製造されていることを特徴とする、請求項６または７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つの担体を形成し、当該担体上に前記パワー半導体デバイス（２）が固定されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記セラミックコンデンサ（３）は、５ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの電界強度の電界において、２０００より大きい比誘電率を備え、そして少なくとも１５０°Cの温度に適合する、１つのセラミック材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモジュール。  
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記セラミックコンデンサ（３）は、以下の一般式
Ｐｂ(1-1.5a+e)ＡaＢb（Ｚｒ1-xＴｉx）1-cＣeＳｉcＯ3  ＋  ｙ・ＰｂＯ
に示す材料を含み、
Ａは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＥｒおよびＹｂから成るグループから選択され、
Ｃは、Ｎｉ，およびＣｕから成るグループから選択されており、
０＜ａ＜０．１２，
０．０５≦ｘ≦０．３，
０≦ｃ＜０．１２，
０．００１＜ｅ＜０．１２，
０≦ｙ＜１である、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１２】
前記セラミックコンデンサ（３）は、１つのセラミック多層デバイスであり、そして複数の内部電極（５）を備えることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１３】
複数の前記内部電極は、１００Ｗ／ｍＫより大きな熱伝導率を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
複数の前記内部電極は銅を含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載のモジュール。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記モジュール（１）は、少なくとももう１つのパワー半導体デバイスを備え、
前記セラミックコンデンサ（３）は、前記少なくとももう１つのパワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
前記モジュール（１）は、少なくとももう１つのコンデンサを備え、
前記もう１つのコンデンサは、前記パワー半導体デバイス（２）を冷却するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、
さらに前記モジュール（１）は、１つの制御ユニット（９）を備え、
前記制御ユニットは、前記パワー半導体デバイス（２）の動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１８】
請求項１７に記載のモジュールにおいて、
前記パワー半導体デバイス（２）は、上面（６）を備え、当該上面上に前記セラミックコンデンサ（３）が配設されており、
前記パワー半導体デバイス（２）は、前記上面（６）の反対側に下面（８）を備え、当該下面上に前記制御ユニット（９）が配設されている、
ことを特徴とするモジュール。
【請求項１９】
前記パワー半導体デバイス（２）は、１つのスイッチを備えることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２０】
前記セラミックコンデンサ（３）は、当該セラミックコンデンサ（３）が中間回路コンデンサまたはダンピングコンデンサとして作用するように、前記パワー半導体デバイス（２）と回路接続されている、ことを特徴とする、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２１】
前記モジュールは、１つの回路基板上に固定されるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記セラミックコンデンサ（３）および前記パワー半導体デバイス（２）は、１つの共通なハウジング内に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記パワー半導体デバイス（２）は、その中に複数の半導体素子が埋設されている１つの基板を備えることを特徴とする、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２４】
前記コンデンサ（３）は、２つの外部電極を備えることを特徴とする、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項２５】
前記外部電極は、銅を含むか、または銅から成っていることを特徴とする、請求項２４に記載のモジュール。
【国際調査報告】
2019519907.tif 000005
2019519907.tif 000006
2019519907.tif 000007
2019519907.tif 000008